Урок в рамках дисциплины Основы исследовательской деятельности в 11 классе Тема: «Поиск вещества наследственности»
план-конспект урока (11 класс)

Методы, приемы и средства

Ход урока

I. Организационный момент

Подготовка и расстановка лабораторного оборудования дежурными.

II. Актуализация имеющихся знаний

Благодаря ей, у человека есть нечто общее с горчицей, салатом и кенгуру. Если ее изъять из всех клеток тела и выпрямить в линию, можно составить цепочку длиной в 16 миллиардов километров – двойное расстояние от Земли до Плутона... Речь идет об уникальном и загадочном соединении – ДНК. Сегодня ученые считают, что ДНК не только определяет то, каким будет человек, но и то, как долго он проживет. Дело в том, что клетка гибнет, когда теломеры (отрезки ДНК на краю хромосом), укорачивающиеся с каждым её делением, становятся предельно короткими. Если ученые будущего (среди которых можете оказаться вы) научатся искусственно удлинять теломеры, человечество, возможно, воплотит в жизнь мечту о вечной молодости.

Уже несколько лет вы знакомы с данным веществом, в котором заключена вся наша жизнь. Давайте вспомним, к какой группе веществ относится эта молекула, и какую функцию она выполняет? (органические вещества, нуклеиновые кислоты; функция: хранение и передача наследственной информации) 

В ноябре прошлого года мы имели возможность посетить с целью экскурсии Экспертно-криминалистический центр УМВД Советского района Брянской области. Нам удалось побывать в лаборатории молекулы ДНК и ознакомиться с процедурой ее выделения. Давайте вспомним некоторые моменты с которыми там познакомились:

Из каких биологических материалов человека можно выделить молекулу ДНК для исследования? (Кровь, пот, слюна, волосы, ногти)

Почему из ногтей и волос молекулу ДНК выделить сложнее? (там содержится в основном митохондриальная ДНК, а ее концентрации незначительны)

При соблюдении  каких обязательных условий мы были допущены на экскурсию в лабораторию? (стерильная одежда: халаты, бахилы, маски и шапочки)

Почему соблюдение  данных условий было необходимо? (с целью соблюдения условий стерильности и препятствия попадания собственной ДНК в анализируемый образец)

    В лаборатории молекулы выделяют в несколько последующих этапов:

1. Разрушаем мембраны клеток и клеточных ядер, чтобы все содержимое клетки — ДНК, белки, липиды и сахара — вышло в раствор. Для этого используем лизисный буфер с детергентом SDS (для слюны) или тиоцианатом гуанидина (для крови).
2. Избавляемся от белков. Вышедшую в раствор ДНК нужно освободить от связанных с ней белков с помощью специальных ферментов.
3. Отделяем ДНК от примесей. Центрифугируем раствор в пробирках с кремниевой мембраной, которая связывается с ДНК и пропускает остальные органические компоненты клетки.
4. Растворяем ДНК в буфере для хранения. Связанную с мембраной ДНК отмывают буфером. Растворенная в буфере ДНК может храниться при −20°С в течение нескольких лет
5. Создаем репликоны молекулы ДНК(копии) в ходе ПЦР (ПОЛИМЕРАЗНОЙ-ЦЕПНОЙ РЕАКЦИИ)

Это очень трудоемкий и довольно затратный процесс. Как вы думаете, сможем ли с вами осуществить данную работу в условиях школы? Возможно ли это? (проблема исследования)

III. Усвоение новых знаний и способов действия.

Давайте с вами попробуем провести подобное исследования в условиях школьной мини лаборатории. Но прежде чем мы приступим, определим структуру и намеченный план работы.  

Исследовательская деятельность имеет свою собственную структуру, какие элементы она обязательно включает? ( цель, объект и предмет исследования, формулирование гипотезы).

 Вспомним определения данных понятий:

Цель исследовательской работы — это желаемый конечный результат; Объект исследования - это то, что будет взято учащимся для изучения и исследования; Предмет исследования — это отдельные стороны объекта, его свойства и особенности, которые, будут исследованы в работе; Задачи исследовательской работы — это все последовательные этапы работы; Гипотеза - это предположение, требующее доказательства. 

     Сегодня вы попробуйте себя в роли работников школьной лаборатории по выделению молекулы ДНК. Поэтому сейчас работая с инструктивной карточкой на ваших столах, каждый из вас индивидуально попробует определить структурные элементы исследования.( проверка у учащегося)

IV. Формирование умений и навыков. 

     Молодцы! С целями и задачами нашего мини исследования мы определились. А теперь давайте перейдем непосредственно  к практической части. (Напоминание о ТБ)

     Так как мы уже знакомы с лабораторным методом выделения молекулы ДНК, я предлагаю вам сопоставить уже известные этапы с предложенными альтернативными вариантами с учетом школьных условий и расположить их в правильном порядке выполнения в инструктивной карточке.( проверка у одного из учащихся).

   С данным заданием вы успешно справились, так что теперь можете приступать к выполнению практической части. Не забывайте следовать определенными  вами этапам работы согласно инструктивной карточке, внимательно отвечайте на вопросы в ней. Если возникают какие-то вопросы по ходу работы, не стесняйтесь обращаться за помощью!

Проверка результатов работы, обсуждение совместно с учащимися. (Должны увидеть молекулы ДНК в виде тонких белых нитей или белых хлопьев).

Формулирование совместного вывода. Подтверждение гипотезы: Предположим, что в условиях школьной лаборатории можно выделить и рассмотреть молекулу ДНК человека.

V. Подведение итогов урока. Рефлексия.

Конечно, для научных работников все что мы с вами проделывали сегодня на уроке— в какой-то степени шутка и никто из них ДНК таким способом не выделяет, а между тем если и вправду воспользоваться такой методикой, то всё получится, так как и у нас с вами сегодня! Выход ДНК будет, правда, невелик, а вещество — не особенно чистым, но мы доказали что это возможно, а также подтвердили свою гипотезу. Сегодня мы с вами на один шаг стали ближе к науке, и я надеюсь, лет через 10 среди вас будут медики, фармацевты, и выдающиеся ученые.

А сейчас, я предлагаю вам выбрать, каким геном молекулы ДНК вы были на сегодняшнем занятии:

Спасибо за внимание. Урок окончен.

Этапы работы в условиях лаборатории:

1. Разрушаем мембраны клеток и клеточных ядер, чтобы все содержимое клетки — ДНК, белки, липиды и сахара — вышло в раствор. Для этого используем лизисный буфер с детергентом SDS (для слюны) или тиоцианатом гуанидина (для крови).
2. Избавляемся от белков. Вышедшую в раствор ДНК нужно освободить от связанных с ней белков с момощью специальных ферментов.
3. Отделяем ДНК от примесей. Центрифугируем раствор в пробирках с кремниевой мембраной, которая связывается с ДНК и пропускает остальные органические компоненты клетки.
4. Растворяем ДНК в буфере для хранения. Связанную с мембраной ДНК отмывают буфером. Растворенная в буфере ДНК может храниться при −20°С в течение нескольких лет
5. Создаем репликоны молекулы ДНК(копии) в ходе ПЦР (ПОЛИМЕРАЗНОЙ-ЦЕПНОЙ РЕАКЦИИ)

Этапы работы в школьных условиях:

__. Наполните полученным  раствором, используя воронку,  две пробирки до середины.

 __  .Возьмите стакан с буферным раствором и прополощите им рот в течение  1 минуты, предварительно слегка пожевав внутренние поверхности щек. Выплюньте получившийся раствор в стакан.

__. Добавьте с помощью пипетки несколько капель 95% этилового раствора спирта в каждую из пробирок, перемешайте стеклянной палочкой и подождите пару минут.

__. Добавьте с помощью пипетки несколько капель моющего средства в каждую из пробирок, перемешайте стеклянной палочкой и подождите пару минут.

__. Добавьте с помощью пипетки несколько капель раствора для линз в каждую из пробирок, перемешайте стеклянной палочкой и подождите несколько минут.

Этапы работы в условиях лаборатории:

1. Разрушаем мембраны клеток и клеточных ядер, чтобы все содержимое клетки — ДНК, белки, липиды и сахара — вышло в раствор. Для этого используем лизисный буфер с детергентом SDS (для слюны) или тиоцианатом гуанидина (для крови).
2. Избавляемся от белков. Вышедшую в раствор ДНК нужно освободить от связанных с ней белков с момощью специальных ферментов.
3. Отделяем ДНК от примесей. Центрифугируем раствор в пробирках с кремниевой мембраной, которая связывается с ДНК и пропускает остальные органические компоненты клетки.
4. Растворяем ДНК в буфере для хранения. Связанную с мембраной ДНК отмывают буфером. Растворенная в буфере ДНК может храниться при −20°С в течение нескольких лет
5. Создаем репликоны молекулы ДНК(копии) в ходе ПЦР (ПОЛИМЕРАЗНОЙ-ЦЕПНОЙ РЕАКЦИИ)

Этапы работы в школьных условиях:

 _1_  .Возьмите стакан с буферным раствором и прополощите им рот в течении  1 минуты, предварительно слегка пожевав внутренние поверхности щек. Выплюньте получившийся раствор в стакан.

_2_. Наполните полученным  раствором, используя воронку,  две пробирки до середины.

_3_. Добавьте с помощью пипетки несколько капель моющего средства в каждую из пробирок, перемешайте стеклянной палочкой и подождите пару минут.

_4_. Добавьте с помощью пипетки несколько капель 95% этилового раствора спирта в каждую из пробирок, перемешайте стеклянной палочкой и подождите пару минут.

_5_. Добавьте с помощью пипетки несколько капель раствора для линз в каждую из пробирок, перемешайте стеклянной палочкой и подождите несколько минут.